JPH0614928B2 - フェイズドアレイ受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子走査を行う超音波診断装置のフエイズドア
レイ受信装置に関し、特に同時に２音線受信を行うフエ
イズドアレイ受信装置に関する。

（従来の技術） 超音波診断装置は超音波を被検体内に照射し、体内の組
織や病巣等から反射してくる超音波を受信し、電気信号
に変換して信号処理することにより画像化して診断する
装置である。この超音波システムでは超音波信号を絞っ
てビーム状にして振らせることにより分解能の良好な画
像を得ている。この技法は電子フォーカスと呼ばれ、フ
エイズドアレイシステムを用いてビームのステアリング
とフォーカシングを行っている。フエイズドアレイシス
テムというのは多数の振動子エレメントで構成される超
音波探触子を用い、各振動子エレメントに与える送波信
号に遅延分布を与えて電子走査を行うことによりビーム
を形成させて送波し、受波信号に送波時とは逆の遅延分
布を与えて復元し画像化するシステムである。

このフエイズドアレイシステムにおいて、送波ビームの
幅に含まれる範囲内で送波ビームの中心方向から左右に
ずれた２方向からの反対信号をそれぞれ別の受信ビーム
として受信して２方向の反射信号を一度に取る２音線受
信の方式がある。これは１つの送波ビームに対して２音
線の受信を行うので走査時間が短くなり、フレームレー
トを上げることができる利点があるために用いられる。
この２音線受信を行う装置として、従来、第６図に示す
受信装置が用いられている。図において、１は送波用ビ
ームフォーマ（図示せず）によりそれぞれ遅延を与えら
れた送波信号を電力増幅するｎ個の送波ドライバであ
る。この出力はアレイトランスデューサ２において超音
波信号に変換されて送波される。反射体から反射された
信号は、アレイトランスデューサ２で受信され、電気信
号に変換され、受信回路３に入力される。受信回路３は
受信増幅器とダイナミックフォーカス回路、可変開口の
ための回路を含んでいる回路で、反射点の深さによりフ
ォーカス位置、開口幅等を自動的に変更する。

受信回路３の出力は遅延加算回路４Ａと遅延加算回路４
Ｂに入力されて２音線の受信ビームとして処理される。
遅延加算回路４Ａ，４Ｂはそれぞれクロスポイントスイ
ッチ５Ａ，５Ｂ及びディレイライン６Ａ，６Ｂとで構成
されている。遅延加算回路４Ａと４Ｂにおいて形成され
るディレイマップは図の点線で示すセンターライン（送
波ビーム方向）に対し反射方向に僅かにずらせていて、
これによりエコーＡ，エコーＢの２音線データが出力さ
れる。

第７図は２音線受信の他の形式の装置の図である。図に
おいて、第６図と同等の部分分には同一の符号を付して
ある。図中、７は２音線の受信ビームの方位角の差に相
当する量だけずらせる微小角セクタ用サブアレイであ
る。この回路では受信信号の中１音線分はそのまま遅延
加算回路４Ａに入力され、他の音線分の信号は微小角セ
クタ用サブアレイ７により予め２音線の方位角差だけず
らされ、遅延加算回路４Ｂにおいて遅延加算回路４Ａと
同様な整相加算処理を受ける。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この様な方法による２音線受信において、第
６図の場合には、２個の遅延加算回路４Ａ，４Ｂにより
小さな角度差の２音線に分離されるため、ディレイライ
ン６Ａ，６Ｂに設けられるタップは、遅延量を細かく分
割する必要があって多数のタップを必要とする。タップ
数を多くするためには遅延加算回路の分解能の精密なも
のを必要とし、製作上の手数の増加と共にコストアップ
の大きな原因となっている。更にこれに伴ってクロスポ
イントスイッチ５Ａ，５Ｂのスイッチ数も多数となり、
コストを引き上げる要因となっている。特にフエイズド
アレイのように主ディレイが長い場合、タップ数やクロ
スポイントスイッチのスイッチ数が膨大になる欠点を有
している。

第７図の方式で微小角の差は微小角セクタ用サブアレイ
７によって作られるため、第６図の場合に比べて細かく
タップを設ける必要はないが、エコーＢのパスはエコー
Ａのパスに比べて微小角セクタ用サブアレイ７が含まれ
るため、両者のパスには違いを生じ、周波数特性、含有
ノイズ等の特性がアンバランスになる欠点を有してい
る。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は、コストが低減され、且つ特性のバランスしたフエイ
ズドアレイ受信装置を実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、各チャネルの受信信号
をそれぞれ二組の信号に分離すると共にそれぞれの分離
信号に遅延を与える信号分離手段と、 信号分離手段によって二組に分離されたそれぞれの信号
群の各チャネルに遅延を与えて整相加算する二組の遅延
加算回路であって、遅延時間の異なる複数の入力タップ
を途中に備えると共に各タップへの入力信号を遅延し加
算して一端から出力するディレイラインと、信号分離手
段によって二組に分離された各チャネルの信号をディレ
イラインの所望のタップに選択的に接続するスイッチ手
段とを備えた二組の遅延加算回路と、 を備えたことを特徴とするものである。

（作用） 入力された複数の受信信号はそれぞれの複数の信号分離
手段に入力され、切り替え手段によって選択された信号
分離手段中の遅延手段のタップから前記遅延手段に入力
され、前記遅延手段の両端末において２群の受信信号に
分離され２つの遅延加算手段においてそれぞれ整相加算
される。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の装置のブロック図である。
図において、第６図と同等の部分には同一の符号を付し
てある。図中、１１は受信信号をエコーＡとエコーＢと
に振り分ける信号分離手段を構成するビームスプリッタ
で、出力の２音線信号は遅延加算回路１２Ａと遅延加算
回路１２Ｂに入力され、遅延加算回路１２Ａの出力はエ
コーＡとして、遅延加算回路１２Ｂの出力はエコーＢと
して出力される。

第２図はビームスプリッタ１１と遅延加算回路１２Ａ，
１２Ｂとの関係を示した図である。図において、第１図
と同等の部分には同一符号を付してある。図中、１３
Ａ，１３Ｂはビームスリッタ１１から各チャネルの信号
をディレイライン１４Ａ，１４Ｂのタップに選択接続し
て入力させるため、ビームスプリッタ１１からの入力ラ
インとディレイライン１４Ａ，１４Ｂの各タップへの出
力ラインとの交点にスイッチを設けたクロスポイントス
イッチである。ディレイライン１４Ａ，１４Ｂには各チ
ャネルの入力信号を整相加算するため多くのタップが設
けられ、出力端の反対側の端末には無反射終端１５Ａ，
１５Ｂが接続されている。出力端からの出力信号は増幅
器１６Ａ，１６Ｂで増幅されて次段に進む。

第３図はビームスプリッタ１１の１チャネルの回路を示
す図である。図において、１７はタップ付きのディレイ
ラインで、各タップはスイッチ１８の接点ａ〜ｉに接続
されている。スイッチ１８の動接点には受信回路３から
の１チャネルの信号が入力されており、制御信号により
切り替えられて、ディレイライン１７の所望のタップに
接続される。この例ではスイッチ１８の動接点は接点ｄ
に接続されており、この場合、受信回路３からｄ接点へ
の入力信号はディレイライン１７において接点ａ側と接
点ｉ側に分離されて進みエコーＡとエコーＢとなる。エ
コーＡはτ_１の遅延を、エコーＢはτ_２の遅延を受け、
それぞれ増幅器１９と増幅器２０により増幅されて出力
される。

次に上記のように構成された実施例の装置の動作を説明
する。送波用ビームフォーマのｎチャネルの送波信号は
送波ドライバ１で電力増幅されて、アレイトランスデュ
ーサ２から被検体内に送波される。送波超音波はビーム
を形成している。被検体内の反射点から反射されて帰っ
て来た超音波はアレイトランスデューサ２で受波され、
電気信号に変換され、受信回路３に入力される。受信回
路３は入力信号に対し可変開口、ダイナミックフォーカ
ス等の処理を行い、増幅した後ビームスプリッタ１１に
信号を送る。ビームスプリッタ１１においては第２図に
示すように各チャネルの信号はそれぞれ各チャネル毎の
回路に入力される。この入力信号は第３図に示すように
スイッチ１８によりディレイライン１７の所定のタップ
に接続されて、図の左側へ進む信号と右側へ進む信号に
分離される。これにより、分離された両信号の特性がバ
ランスし、ビームスプリッタ１１のディレイラインのタ
ップ切り替えの為のスイッチは、チャネルごとに１つの
選択スイッチがあれば良い。更に、無駄になるディレイ
ラインがなく、ディレイラインの種頼も少なくて済むよ
うになる。ここで、第３図に示す或る１チャネルの信号
に注目すると、左側へ進んだ信号はτ_１の遅延を受けて
増幅器１９で増幅された後遅延加算回路１２Ａに入力さ
れる。右側へ進んだ信号はτ_２の遅延を受けて増幅器２
０で増幅された後、遅延加算回路１２Ｂに入力される。

次に、遅延加算回路１２Ａの動作を第４図を参照して説
明する。ビームスプリッタ１１の増幅器１９ａ〜１９ｎ
で増幅されたチャネル（以下ＣＨと記す）のＣＨ１〜Ｃ
Ｈｎの信号はクロスポイントスイッチ１３Ａに入力され
る。クロスポイントスイッチ１３Ａには格子状の各交点
にスイッチがあり、図の白丸の点はオンになっているス
イッチを示している。入力された信号は、各白丸のポイ
ントにおいて上方に向かい、ディレイライン１４Ａの各
タップに入力され、チャネル毎にそれぞれ遅延を受けて
整相加算され、増幅器１６Ａで増幅された後、エコーＡ
として出力される。遅延加算回路１２Ｂにおいても同様
な動作を行って、整相加算されエコーＢが出力される。

上記の回路によって、受波ビームは第５図に示すような
２音線のビームとなる。図において、２０は速波ビーム
角に等しい角θの主ビームで、ビームスプリッタ１１が
ないとしたとき遅延加算回路１２Ａ，１２Ｂで形成され
るビームである。２１はビームスプリッタ１１の左半分
における信号遅延により主ビームよりΔθだけ偏向され
たエコーＡの受波ビーム、２２はビームスプリッタ１１
の右半分における信号遅延より主ビームより−Δθだけ
偏向されたエコーＢの受波ビームである。このように、
ビームスプリッタ１１を追加することにより、小角度Δ
θの偏向はビームスプリッタが行い、遅延加算回路１２
Ａ，１２Ｂは大まかな偏向角θの偏向のみを行えばよい
ので、遅延加算回路１２Ａ，１２Ｂにおけるディレイラ
インのタップを細かく分離する必要がなく、クロスポイ
ントススイッチ１３Ａ，１３Ｂのスイッチ数も多くする
必要がなくて、コストを下げることができる。又、ビー
ムスプリッタ１１により微小角分離を行っているため、
主たる遅延加算回路１２Ａ，１２Ｂは同じタップを用い
ることができ、エコーＡ，エコーＢの２音線とも通るパ
スが同形となるので、周波数特性，ノイズ等の特性がバ
ランスする。また、先に分離を行ってから整相加算する
ようにしているので、遅延加算回路１２Ａ及び１２Ｂで
ビームステアリング等のための整相加算に用いるディレ
イライン１４Ａ，１４Ｂとしては、図４に示すようにタ
ップ付きのものを各組毎にそれぞれ１つ用意すればよ
い。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。こ
の発明はセクタスキャンの場合のみでなく、リニアスキ
ャンやコンベックススキャンにも適応できる。又、遅延
加算回路は同じディレイマップを用いることで説明した
が、別々にコントロールするようにすればビーム偏向と
焦点とは別々に設定できる。更に受信信号が一旦サブア
レイマトリクスにより合成されてビームスプリッタに入
力されるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、コストが低
減され、特性のバランスしたフエイズドアレイ受信装置
を実現することができて、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の装置のブロック図、第２図
ビームスプリッタと遅延加算回路との拡大説明図、第３
図はビームスプリッタの１チャネルの回路図、第４図は
遅延加算回路の動作説明図、第５図は本実施例によって
ビーム偏向と２音線分離を受けたビームの説明図、第６
図は従来の２音線受信装置のブロック図、第７図は従来
の他の２音線受信装置のブロック図である。 １……送波ドライバ ２……アレイトランスデューサ、３……受信回路 ４Ａ，４Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ……遅延加算回路 ５Ａ，５Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ……クロスポイントスイッ
チ ６Ａ，６Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ……ディレイライン １１……ビームスプリッタ、１８……スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各チャネルの受信信号をそれぞれ二組の信
   号に分離すると共にそれぞれの分離信号に遅延を与える
   信号分離手段と、 信号分離手段によって二組に分離されたそれぞれの信号
   群の各チャネルに遅延を与えて整相加算する二組の遅延
   加算回路であって、遅延時間の異なる複数の入力タップ
   を途中に備えると共に各タップへの入力信号を遅延し加
   算して一端から出力するディレイラインと、信号分離手
   段によって二組に分離された各チャネルの信号をディレ
   イラインの所望のタップに選択的に接続するスイッチ手
   段とを備えた二組の遅延加算回路と、 を備えたことを特徴とするフェイズドアレイ受信装置。
2. 【請求項２】前記信号分離手段は、受信信号が入力され
   る複数のタップを途中に備えたディレイラインと、受信
   信号を入力するタップを選択する切り替え手段とを各チ
   ャネル毎に備え、各チャネル毎のディレイラインの両端
   部から遅延された信号をそれぞれ出力するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のフェイズドアレイ受信装
   置。